9.10: Резонанс

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 9.9: Ковалентне зв'язування в багатоатомних іоні
- 9.11: Винятки з правила октету

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Двері відкрилися в їдальню. — Малюнок $\PageIndex{1}$ (Кредит: Користувач:Gouwenaar/NL.Wikipedia; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Interieur_de_Bazel.jpg(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

Це відображення або дверний проріз?

Ви можете подивитися на картинку нижче і подумати, що ви дивитеся на зображення кімнати як відображене в дзеркалі (і ви, ймовірно, є). Але картинку можна обрізати таким чином, щоб створити враження погляду на справжню кімнату через двері. Ви б бачили те саме і отримали ту саму інформацію, але це було б з іншої точки зору. Є молекули, які можуть бути представлені по-різному, таким чином, що реальність стає питанням інтерпретації.

Резонанс

Є деякі випадки, коли для молекули можна намалювати більше однієї життєздатної структури Льюїса. Прикладом може служити $\left( \ce{O_3} \right)$ молекула озону на малюнку нижче. Всього в структурі 18 електронів, і тому можливі наступні дві структури:

Структура зліва (див. Малюнок вище) може бути перетворена в структуру праворуч шляхом зсуву електронів без зміни положень атомів.

Колись вважалося, що структура такої молекули, як $\ce{O_3}$ складається з одного єдиного зв'язку та одного подвійного зв'язку, який потім зміщувався вперед і назад, як показано вище. Однак подальші дослідження показали, що дві зв'язки ідентичні. Будь-який подвійний ковалентний зв'язок між двома заданими атомами, як правило, коротший, ніж один ковалентний зв'язок. Дослідження $\ce{O_3}$ і інших подібних молекул показали, що зв'язки були ідентичні по довжині. Цікаво, що довжина зв'язку знаходиться між довжинами, очікуваними для $\ce{O-O}$ одного зв'язку та подвійного зв'язку.

Резонанс - це використання двох або більше структур Льюїса для представлення ковалентного зв'язку в молекулі. Однією з дійсних структур називають резонансну структуру. Зараз зрозуміло, що справжня структура молекули, яка відображає резонанс, - це середня або гібридна всіх резонансних структур. Що стосується $\ce{O_3}$ молекули, то кожен з ковалентних зв'язків між $\ce{O}$ атомами найкраще розглядати як «півтора» зв'язку, на відміну від чистого одиночного зв'язку або чистого подвійного зв'язку. Ця «напівзв'язок» може бути показана у вигляді пунктирної лінії як в структурі Льюїса, так і в молекулярній моделі (див. Малюнок нижче).

Малюнок $\PageIndex{3}$ : «Half-bond» модель молекули озону. (Кредит: Фонд CK-12 - Джой Шен, використовуючи 3D-молекулярну структуру Бен Міллс (Вікімедіа: Benjah-BMM27); Джерело: Молекулярна структура: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ozone - CRC -MW-3D-balls.png (відкривається в новому вікні); Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні); Молекула (громадський домен)

Багато багатоатомні іони також виявляють резонанс. У деяких випадках справжньою структурою може бути в середньому три допустимі резонансні структури, як у випадку з нітратним іоном $\ce{NO_3^-}$ (див. Малюнок нижче).

Малюнок $\PageIndex{4}$ : Резонансна структура нітратного аніону. (Кредит: Joy Sheng; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

Довжини зв'язку між центральним $\ce{N}$ атомом і кожним $\ce{O}$ атомом ідентичні, і зв'язки можуть бути наближені як рівні однієї і однієї третини зв'язків.

Резюме

Резонансні структури є середніми показниками різних можливостей структури Льюїса.
Довжини зв'язків є проміжними між ковалентними зв'язками і ковалентними подвійними зв'язками.

Рецензія

Скільки електронів всього в структурі озону?
Що змінюється в двох резонансних структурах озону?
Як ми можемо думати про ковалентні зв'язки в озоні?